冲裁力计算

2.2.1.冲裁力的计算

冲裁力是指冲裁过程中凸模对板料施加的压力，它是随凸模进入材料的深度（凸模行程）而变化的。通常说的冲裁力是指冲裁力的最大值，它是选用压力机和设计模具的重要依据之一。 用普通平刃口模具冲裁时，其冲裁力F一般按下式计算 F=KLt (2.8) 式中： F——冲裁力； L——冲裁周边长度； t——材料厚度； ——材料抗剪强度； K——系数。

系数K要考虑到实际生产情况时，模具间隙值的波动和不均匀、刃口的磨损、材料力学性能和厚度波动等因素的影响而给出的修正系数。一般

表2.5 冲压常用金属材料的力学性能

力学性能 抗剪强度抗拉强度/MPa /MPa 屈服点伸长率/（%） /MPa 28～33 26～31 15～20 普通 Q195 碳素 Q235 钢 Q275 08F 08 未经 退火 255～314 315～390 195 303～372 375～460 235 392～490 490～610 275 230～310 275～380 180 260～360 215～410 200 220～340 275～410 190 27～30 27 27 10F 已退火 260～340 295～430 210 270～380 335～470 230 26 25 24 19 15 13 碳素 10 结构 15 钢 20 35 45 50 不锈钢 1Cr13 280～400 355～500 250 400～520 490～635 320 440～560 530～685 360 440～580 0～715 380 已退火 320～380 440～470 120 20 40 1Cr18Ni9Ti 经热处460～520 560～0 200 理 取K=1.3。

为计算简便，也可按下式计算冲裁力： F≈Lt （2.9） 式中 为材料的抗拉强度。 查表2.5得 =400Mpa 。 F= Lt

=47.1×4×400 N =75000 N

2.2.2.卸料力、推件力及顶件力的计算

卸料力、推件力和顶件力是由压力机和模具卸料装置或顶件装置传递的。所以在选择设备的公称压力或设计冲模时，应分别予以考虑。影响这些力的因素较多，主要有材料的力学性能、材料的厚度、模

具间隙、凹模洞口的结构、搭边大小、润滑情况、制件的形状和尺寸等。所以要准确地计算这些力是困难的，生产中常用下列经验公式计算： 卸料力 =F （2.10） 推件力 =nF （2.11） 顶件力 =F （2.12） 式中： F——冲裁力；

、、——卸料力、推件力、顶件力系数，需查表得到； N——同时卡在凹模内的冲裁件数。 n=h/t

式中： h——凹模洞口的直刃壁高度； t——板料厚度。 查表2.6得， =0.04； =0.045； =0.05； n=h/t=20/4=5； 卸料力 =F =0.04×75000N =3000N 推件力 =nF

=5×0.045×75000N =17000N 顶件力 =F

=0.05×75000N =37500N

表2.6卸料力、推件力、顶件力系数

材料及厚度 铜 ＞2.5~6.5 ＞6.5 铝、铜合金 紫铜、黄铜 ≤0.1 0.065~0.075 0.1 0.063 0.055 0.045 0.025 0.14 0.08 0.06 0.05 0.03 ＞0.1~0.5 0.045~0.055 ＞0.5~2.5 0.04~0.05 0.03~0.04 0.02~0.03 0.025~0.08 0.02~0.06 0.03~0.07 0.03~0.09 2.2.3.压力机公称压力的确定

压力机的公称压力必须大于或等于各种冲压工艺力的总和。 的计算应根据不同的模具结构分别对待，即：

采用弹性卸料装置和下出料方式的冲裁模时 =F++ （2.13）

采用弹性卸料装置和上出料方式的冲裁模时 =F++ （2.14）

采用刚性卸料装置和下出料方式的冲裁模时 =F+ （2.15） 2.2.4.降低冲裁力的方法

为实现小设备冲裁大工件，或使冲裁过程平稳以减少压力机振动，常用下类方法来降低冲裁力。

①阶梯凸模冲裁

在多凸模的冲裁中，将凸模设计成不同长度，使工作端面呈阶梯式布置，这样，各凸模冲裁力的最大峰值不同时出现，从而达到降低冲裁力的目的。

在几个凸模直径相差很大，相距又很近的情况下，为能避免小直径凸模由于承受材料流动的侧压力而产生折断或倾斜现象，应该采用阶梯布置，即将小凸模做短一些。 凸模间的高度差H与板料厚度t有关， 即 t＜3mm H=t t＞3mm H=0.5t；

阶梯凸模冲裁的冲裁力，一般只按产生最大冲裁力的那个阶梯进行计算。 ②斜刃冲模

用平刃口模具冲裁时，沿刃口整个周边同时冲切材料，故冲裁力较大。若将凸模（或凹模）刃口平面做成与其轴线倾斜一个角度的斜刃，则冲裁时刃口就不是全部同时切入，而是逐步地将材料切离，这样就相当于把冲裁件整个周边长分成若干小段进行切断分离，因而能显著降低冲裁力。

斜刃冲裁时，会使板料产生弯曲。因而，斜刃配置的原则是：必须保证工件平整，只允许废料发生弯曲变形。因此，落料时凸模应为平刃。冲孔时则凹模应为平刃，凸模为斜刃。斜刃还应当对称布置，以免冲裁时模具承受单向侧压力而发生偏移，啃伤刃口。向一边斜的斜刃，只能用于切舌或切开。 斜刃冲模虽有降低冲裁力使冲裁过程平稳的优点，但模具制造复杂，刃口易磨损，修磨困难，冲件不够平整，且不适于冲裁外形复杂的冲件，因此在一般情况下尽量不用，只用于大型冲件或厚板的冲裁。 最后应当指出，采用斜刃冲裁或阶梯凸模冲裁时，虽然降低了冲裁力，但凸模进入凹模较深，冲裁行程增加，因而这些模具省力而不省功。 ③加热冲裁（红冲）

金属在常温时其抗剪强度是一定的，但是，当金属材料加热到一定的温度之后，其抗剪强度显著降低，所以加热冲裁能降低冲裁力。但加热冲裁易破坏工件表面质量，同时会产生热变形，精度低，因此应用比较少。

2.2.5.冲模压力中心的确定

模具的压力中心就是冲压力合力的作用点。为了保证压力机和模具的正常工作，应使模具的压力中心与压力机滑块的中心线相重合。否则，冲压时滑块就会承受偏心载荷，导致滑块导轨和模具导向部分不正常的磨损，还会使合理间隙得不到保证，从而影响制件质量和降低模具寿命甚至损坏模具。在实际生产中，可能会出现由于冲件的形状特殊或排样特殊，从模具结构设计与制造考虑不宜使压力中心与模柄中心线相重合，这时应注意使压力中心的偏离不致超出所选用压力机的范围。 由于工件为圆形，结构比较简单，与工件的重心重合。